DE1551304A1

DE1551304A1 - Klimaanlage mit waermebetaetigtem Kompressor

Info

Publication number: DE1551304A1
Application number: DE19671551304
Authority: DE
Inventors: U Granryd Eric G
Original assignee: GTI Energy
Current assignee: GTI Energy
Priority date: 1966-05-02
Filing date: 1967-05-02
Publication date: 1970-03-05
Also published as: AT295564B; SE336361B; US3400555A; ES340005A1; NL6706157A; GB1196472A; BE697875A

Description

Patentanwälte

Dipwn& Walter Meissner 1551304 DipWag. Herbert Tischer

BERLIN 33

151304

BERLIN 33, HERBERT87RA88E SS ' MÜNCHEN

Fanreproehw: β S? 78 37 — Drahtwort: Invention Bariin
Postscheckkonto: W. MeU* η er, BerünWeirt 15282

Bankkonto:IV.tfeisitner,Striln·!· B«nkA.-a,D^jka 36, «->«-«,,,... «~ „·»«,....-...*..« ^

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Hert>«rt»trse· M

Gase M-260

TJä- OP.GAS TECHNOLOGY, 3424 South State Street, .11Γ .Oenxer Chicago,. Illinois, 60610, USA

Klimaanlage mit warmeDexatigtem Kompressor

Die jfir fin dung oeZTlfft eine Klimaanlage mit warme De iac igt em Kompressor,

Typische Klima- und Kühlanlagen weisen vier Grundelemente auf: einen Kompressor für die Aufnahme eines Gases bei einem ersten relativ niedrigen Druck und Komprimieren desselben auf einen zweiten relativ hohen Druck, einen Kühler, der normalerweise mit nasser ouer Luft gekühlt wird, für das Abkühlen und Verflüssigen -les icoraprimierten Gases unter Entfernen der latenten Verdampfungswärrae, ein Drosselventil, durch das das verflüssigte Gas in eine >jone relativ niedrigen Drucks expandiert wird und einen Verdampfer, in dem das expandierte Gas seine latente Verdampfungswärme aus der abzukühlenden Umwelt absorbiert.

iü-ima- and Kühlkreise für Systeme,- die mit Gasen, wie Kohlendio- · xia als Kühlmittel arbeiten, besitzen einen geringen thermodynardschen V/irkungsgrad, da der Zustand des Kühlmittels in dem Kühler superkritisch ist. Die Expansion eines Kühlmittels, wie Kohlendioxid durch ein Drosselventil führt zu einem verschwenderischen Verlust an Kühlvermögen des Systems bedingt durch unzweckmäßige Temperatur-Entropyerscheinungen, wie es weiter unten im einzelnen erläutert Ist.

liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten

Arbeitskreis für ein Klima- oder Kühlsystem mit einem wärmeDe-

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tätigten Kompressor zu schaffen, wooei das Kühlvermögen des Systeme erhöht wird und gleichzeitig durch dieses System eine zweckmäßige mechanische Arbeit geleistet wird.

Die Erfindung wird im folgenden oeispieisweise unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert:

Pig. 1 ist eine diagraramförmige Ansicht, die ein erfindungsgemäßes Klima- oder Kühlsystem zeigt.

fig. 2 ist ein Temperatur-Jintropydiagramm für Kohlendioxid und erläutert die erfindungsgemäßen Vorteile.

Erfindungsgemäß wird ein durch Strömungsmittel betätigter Motor für die Steuerung des Flusses des flüssigen Kohlendioxides zwischer dem Kühler des Kühlsystems und dem Verdampfer und nicüt ein -^rosseiwentil, wie dies nach dem Stande der Technik üblich ist, angewandt, -erfind unge ge maß gelingt es, eine wesentliche Verbesserung der Leistungsfänigkeit von mit Kohlendioxid arbeitenden Klima- odai Kühlsystemen zu erzielen, und wie in der figur 1 diagrammförmig gezeigt, liegt ein .Strömungsmittelmotor zwiscnen der Hcchdruckquelle (Kühler) und der Niederdruckquelle (Verdampfer) in einem Klima- oder Kühlsystem vor und wird durch das Strömungsmittel angetrieben, das von dem Kühler zu den Verdampfer strömt.

Bei diesem Motor kann es sich um irgendeine Motorenart handeln, wie sie auf dem einschlägigen Gebiet allgemein bekannt ist und durch ein unter Ituck stehendes Strömungsmittel.angetrieben werden kann, das von einem Gebiet hohen Druckszu einem Gebiet niedrigen Drucks strömt.

Das Anwenden eines derartigen Strömungsmittelmotors ist insbesondere vorteilhaft bei einem mit Kohlendioxid als Kühlmittel arbeitenden System, während Systeme, die mit anderen Kühlmitteln, wie SO₂ arbeiten, sich nur eine kleine mechanische Leistung bedingt durch die hier auftretenden Temperatur-Entropyerscheinungen er-

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Weiternin weist das erfindungsge'mäße System ausgeprägte Vorteile gegenüber einem mit Luft arbeitenden Klimasystem auf, bei dem eine Turbine in ähnlicher \Veise wie dar Strömungsraittelmotor bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorliegt. Bei einem Arbeiten mit Luft handelt es sich um ein offenes System, bei dem Luft als das arbeitende Strömungsmittel angewandt wird und die Luft während des gesamten Kreisprozesses im gasförmigen Zustand vorliegt, wänrend bei dem erfindungsgemäßen System das Kühlmittel verflüssigt ist oder superkritisch gemacht wird, während dasselbe durch den Kühler des Systems umläuft.

Das Anwenden von Op₂- als Kühlmittel zusammen mit einem wärraebetätigten regenerativen Kompressor führt zu einer mechanischen Leistung des Strömungsmittelmotors von etwa 1 PS bei einer 3 t Klimaanlage, wobei ein Wirkungsgrad des Motors von TOfi angenommen wird. Weiterhin wird der Leistungskoeffizient des Kühlkreises gleichzeitig um etwa 7'A verbessert. Das erfindungsgemäße System, das mit Kohlendioxid als Kühlmittel arbeitet, kann vollständig unabhängig gestaltet werden, d.h. die durch den Strömungsmittelr.otor geleistete Arbeit ist ausreichend, um den Anforderungen an «-ie--Mechanische Energie des wärmebetätigten und regenerativen Kompressors sowie bezüglich der GeDiäse in dem gystem zu genügen.

Die mechanische Leistung des Strömungsmittelmotors pro Tonne Kuhlmittel kann innerhalb breiter Bereiche in Abhängigkeit von den Temperaturen und Drücken in dem Syetem verändert werden. So wird z.B. als ein Grenzwert dann, wenn kein Wärmeaustausch in dem Kühler stattfindet, das System in eine Energie erzeugende Anlage umgewandelt.

Der Grund für die erfindungsgemäß erzielten Vorteile läßt sich am besten unter Bezugnahme auf die Fig. 2 erläutern, die ein Temperatur-Entropydiagramm für Kohlendioxide darstellt. Unter der

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Annahme» daß ein Kühlsystem vorliegt, bei dem der Klihler unter einem Druck von 101,5 kg/cm und der Verdampfer untereinem Druck von 42 kg/cm arbeitet, gibt die Linie 2 der Pig. 2 die Entropyveränderung des Systems unter Anwenden eines Drosselventile wieder, wenn das flüssige Kohlendioxid unter einem Druck von 101,5 kg/cm in dem Kühler auf einen Druck von 42 kg/cm in dem Verdampfer heruntergedrosselt wird. Die Neigung der Linie 2 zeigt die relativ große Enxropyzunahme, wie sie bei den irreversiblen Droaselprozees auftritt.

Andererseits zeigt die Linie 1 die Entropyveränderung, wie sie bei Anwenden des erfindungsgemäßen Strömungsmittelmotors auftritt. Zu beachten ist, daß die Entropyveränderung im Vergleich *u dem Droaselprozees klein ist.

Die Gesamtfläche A plus B in der Fig. 2 gibt das Kuhlvermögen dos Systems unter Anwenden dee erflndungsgercäßen Ströraungsmitttlmotor· wieder. Die Fläche B gibt das !equivalent der mechanieohen Leistung des Strömungsmittelmotore und ebenfalls die Verbesserung in der Kühlfähigkeit unter Anwenden des Motors im Vergleich zu der Fähigkeit eines Systems wieder, bei dem anstelle eines Strömungsroittelmotors ein Drosselventil angewandt wird. Wie anhand der Fig. 2 ersichtlich, führt dae erfindungsgemäße System nicht nur zu einer erhöhten Kühlfähigkeit, sondern auch zu einer frei verfüg· baren mechanischen Arbeit für das Anwenden in Hilfeteilen dee gesamten Kühlsystems, wie dem Betrieb von Gebläsen oder dem Betrieb des Kompressors, wie es oben angegeben ist« Unter Anwendet}

Q des erfindungsgemäßen ystems ist es möglich» die '.Temperatur zu ,

oo verändern, auf die das stark komprimierte CO* ⁱⁿ dem Kühler ebge-

o kühlt wird, und in dieser Weise kann das Verhältnis der »tohani- ° - sehen Arbeit und des Kühleffektes verändert werden, wie sie dur.ek ^, das komprimierte Strömungsmittel unter Anwenden des Btröiiiujfemittelnotors und des Verdampfers erhalten werden können. So wird . '

z.B.» «ie oben angegeben, das System als ein Energie !lieferndes System arbeiten, wenn in dem KUhIer kein Wärmeaustausch eintritt. Wahlweise kann das komprimierte Strömungsmittel in unterschiedlichem Ausmaß in dem KUhIer abgekühlt werden und somit arbeitet das dystem dementsprechend als ein kombiniertes Kühlsystem und System zur Energieerzeugung.

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Claims

Patentansprüche

1. Klimaanlage mit wärmebetätigtem Kompressor, die ein Strömungsmittel oder gasförmiges Kühlmedium als Kühlmittel aufweist, und einen Kühler, der bei einem relativ hohen Druck Detrieben wird, einen Verdampfer, der bei relativ niedrigem Druck Detrieben wird und einen wärmebetätigten Kompressor für das Erhöhen des Drucks des Kühlmediurne von dem niedrigen auf den hohen Jruck aufweist, dadurch gekennzeichnet , daß ein Siröraungsmitteimo-Tjor vorgesehen ist, dessen .dinlaß mit dem Künler und dessen Aualaß mit dem Verdampfer verbunden ist und durch den tfluß des Kühlmittels zwischen dem Kühler und däm Verdampfer betrieben wird.

2. Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmedium Kohlendioxid ist.

3. Klimaanlage nach Anspruch 1, dpdurch gekennzeichnet, daß das Kühlmedium Schwefeldioxid ist.

4. Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor ein wärmebetätigter, regenerativer Kompressor ist und der Strömungemittelmotor mit dem Kompressor unter Zuführen mechanischer Energie pn denselben verbunden ist.

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5· Verfahren zum Betrieb einer Klimaanlage nacü αen vorangehenden Anspifcbhen, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmedium mit relativ hohem Druck in dem Kuhler durch einen Strömungemittelmotor zu dem oei relativ niedrigem Druck arbeitenden Verdam/Cer ge/Uhrt wird.

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